The cytochrom c oxidáza Jedná se o komplex enzymatických proteinů, které mohou procházet lipidovou dvojvrstvou buněčné membrány. Je hemosolubilní a je spojován hlavně s vnitřní membránou mitochondrií, vyskytuje se jak v prokaryotických organismech (bakterie), tak v eukaryotech (jednobuněčné a mnohobuněčné)..
Tento enzym, nazývaný také komplex IV, je životně důležitý v aerobních metabolických funkcích organismů, protože je nezbytný v řetězci transportu elektronů, ve kterém buňka spaluje cukry a zachycuje část energie uvolněné k ukládání adenosintrifosfátu nebo ATP..
Název cytochrom znamená „buněčné pigmenty“. Jedná se o krevní proteiny, které přenášejí elektrony. Cytochromy objevil irský lékař Charles Alexander MacMunn v roce 1884. MacMunn byl průkopníkem v objevu respiračního pigmentu v krvi, dnes nazývaného cytochrom 1..
Ve 20. letech 20. století ruský entomolog a parazitolog David Keilin znovu objevil a charakterizoval respirační pigmenty a jako jediný je pojmenoval cytochromy. Ačkoli je MacMunn objevil v roce 1884, vědecká komunita na něj zapomněla a někteří dokonce jeho práci špatně interpretovali..
Rejstřík článků
Obecně mají respirační pigmenty charakteristická spektra viditelného světla. Je známo, že existují nejméně čtyři integrální komplexy membránových proteinů, kde existuje 5 různých typů cytochromů: a, a3, b, c1 a c, klasifikovaných podle vlnových délek maxim spektrální absorpce.
Obvykle se nacházejí na vnitřní membráně mitochondrií. Byly však také pozorovány v endoplazmatickém retikulu a chloroplastech, v eukaryotických a prokaryotických organismech..
Představují hemovou protetickou skupinu obsahující železo (Fe). Každý ze známých cytochromů působí v multienzymových komplexech při transportu elektronů v dýchacím procesu nebo řetězci..
Cytochromy mají funkci účasti na oxidačně-redukčních reakcích. Redukční reakce, kde přijímají elektrony, se u každého typu cytochromu vyskytují odlišně a jejich hodnota je určena tokem elektronů z dýchacího řetězce.
Jsou známy čtyři třídy cytochromu c, které jsou následující.
V této třídě jsou rozpustné cytochromy c (lowspin) s nízkým spinem přítomné v bakteriích a mitochondriích. Jsou oktaedrické. Hemové vazebné místo je na N-konci histidinu a šestý ligand je dodáván methioninovým zbytkem na C-konci..
Z této třídy lze dokonce rozpoznat několik podtříd, jejichž trojrozměrná struktura byla určena..
V této třídě se nachází cytochrom c s vysokým spinem a některý cytochrom c s nízkým spinem. Ty s vysokým obratem mají vazebné místo blízko C-konce a v těch s nízkým obratem se zdá, že šestý ligand je methioninový zbytek poblíž N-konce. Jsou pentakoordinovány s histidinem pátého ligandu.
Tato třída je charakterizována prezentací cytochromů c s více hemy (c3 a c7) a nízkým potenciálem redukce oxidů, pouze s 30 aminokyselinovými zbytky na skupinu hemu. V představitelích této třídy mají skupiny hemu c neekvivalentní strukturu a funkce, kromě toho, že představují různé redoxní potenciály. Jsou oktaedrické.
Podle některých autorů byla tato třída vytvořena pouze proto, aby zahrnovala komplexní proteiny, které představují jiné protetické skupiny, a mimo jiné i hem c nebo flavocytochrom c..
Cytochrom c oxidáza je mitochondriální enzym, který provádí závěrečnou fázi transportu elektronů v buněčném dýchání. Tento enzym katalyzuje transport elektronů ze sníženého cytochromu c na kyslík..
Některé chemické sloučeniny, jako je kyanid, oxid uhličitý a azid, mohou inhibovat fungování tohoto enzymu a způsobit takzvanou buněčnou chemickou asfyxii. Jiné formy inhibice komplexu IV jsou genetické mutace.
Z evolučního hlediska se cytochrom c oxidáza vyskytuje pouze v aerobních organismech a několik skupin vědců naznačuje, že přítomnost tohoto proteinu naznačuje evoluční vztahy, kde rostliny, houby a také zvířata sdílely společného předka.
Cytochrom c oxidáza tvoří homodimerní komplex, tj. Složený ze dvou podobných monomerů ve vnitřní membráně mitochondrií. Enzymový komplex se skládá ze 3 až 4 podjednotek v prokaryotických organismech a až z maxima 13 (některé naznačují 14) polypeptidů v organismech, jako jsou savci..
V těchto organismech jsou 3 polypeptidy mitochondriálního původu a zbytek pochází z jádra. Každý monomer má 28 transmembránových šroubovic, které oddělují hydrofilní domény proti membránové matrici a mezimembránovému prostoru..
Má jedinou katalytickou jednotku, která se nachází ve všech enzymech, které katalyzují oxidační / redukční reakce, za použití molekulárního kyslíku (oxidázy, zejména hem-měď). Komplex obsahuje cytochromy a a a3 spojené podjednotkou I a dvěma měděnými centry.
Má jednu nebo více skupin hemu C spojených s okolní strukturou proteinu jednou nebo více (obecně dvěma) thioetherovými vazbami. Jiní autoři naznačují, že mezi porfyrinovým kruhem a dvěma cysteinovými zbytky je kovalentně navázána jedna skupina hemu C..
Jediná výše uvedená skupina hemu c je obklopena hydrofobními zbytky a je hexakoordinovaná, s histidinem v poloze 18 polypeptidového řetězce a methioninem v poloze 80..
Cytochrom c oxidázy jsou protagonisty tří hlavních fyziologických mechanismů, které uvidíme níže.
Apoptóza je programovaná destrukce nebo smrt buněk způsobená samotným organismem, jejímž účelem je kontrola růstu, vývoje, eliminace poškozených tkání a regulace imunitního systému. V tomto fyziologickém procesu se cytochrom c oxidáza účastní jako meziprodukt.
Tento protein uvolňovaný mitochondriemi vede k interakci s endoplazmatickým retikulem, které způsobuje sekreci nebo uvolňování vápníku. Postupné zvyšování vápníku spouští masivní uvolňování cytochrom c oxidázy, dokud není dosaženo cytotoxických hladin vápníku..
Cytotoxické hladiny vápníku a uvolňování cytochromů c způsobují kaskádovou aktivaci několika kaspázových enzymů, které jsou odpovědné za destrukci buněk.
Několik studií naznačuje, že když je cytochrom c oxidáza vystavena vlnovým délkám 670 nanometrů, podílí se na funkčním komplexu, který proniká do poškozené nebo poraněné tkáně a zvyšuje rychlost regenerace buněk..
Toto je možná nejznámější a nejdůležitější funkce cytochrom c oxidázy. Je to právě oxidázový komplex (dýchacího řetězce), který je zodpovědný za sbírání elektronů z cytochromu c a jejich přenos do molekuly kyslíku, čímž se redukuje na dvě molekuly vody..
V souvislosti s tímto procesem dochází k translokaci protonů přes membránu, což vede ke generování elektrochemického gradientu, který komplex ATP syntetáza používá k produkci nebo syntéze ATP (adenosintrifosfát)..
Cytochrom c oxidáza je inhibována různými chemickými sloučeninami a procesy. Způsob, jakým k němu dochází, může vzniknout jako přirozený způsob regulace produkce nebo působení enzymu, nebo k němu může dojít náhodně v důsledku otravy.
V přítomnosti azidu, kyanidu nebo oxidu uhelnatého se na ně váže cytochrom c oxidáza a inhibuje se fungování proteinového komplexu. To způsobí přerušení buněčného dýchacího procesu, a proto způsobí chemické udušení buněk..
Jiné sloučeniny, jako je oxid dusnatý, sirovodík, methanol a některé methylované alkoholy, také způsobují inhibici cytochrom c oxidázy..
Cytochrom c oxidáza je enzym, který je řízen geny jak v jádře, tak v mitochondriích. Existují genetické změny nebo mutace, které mohou vést k nedostatku cytochrom c oxidázy.
Tyto mutace narušují funkčnost enzymu, protože mění jeho enzymatickou strukturu a přinášejí s sebou metabolické poruchy během embryonálního vývoje (podle studií na lidech), které později ovlivní organismus v jeho prvních letech života..
Nedostatek cytochrom c oxidázy ovlivňuje tkáně s vysokou spotřebou energie, jako jsou srdce, játra, mozek a svaly. Příznaky těchto mutací se projeví před dvěma roky života a mohou se projevit jako silné nebo mírné stavy.
Mírné příznaky lze pozorovat i krátce po prvním roce věku a jedinci s nimi mají obvykle pouze snížené svalové napětí (hypotonii) a svalovou atrofii (myopatii)..
Na druhé straně jedinci se silnějšími příznaky mohou mít svalovou atrofii a encefalomyopatii. Dalšími stavy způsobenými absencí cytochrom c oxidázy jsou hypertrofická kardiomyopatie, patologické zvětšení jater, Leighův syndrom a laktátová acidóza..
Fylogeneze je věda, která je zodpovědná za studium původu, formování a evolučního vývoje organismů z hlediska předků a potomků. V posledních desetiletích jsou fylogenetické studie s molekulární analýzou stále častější a přinášejí spoustu informací a řeší taxonomické problémy..
V tomto smyslu některé fylogenetické studie naznačují, že použití cytochrom c oxidáz může pomoci vytvořit evoluční vztahy. Je to proto, že tento proteinový komplex je vysoce konzervovaný a je přítomen v široké škále organismů, od jednobuněčných protistů až po velké obratlovce..
Příkladem toho jsou testy provedené na lidech, šimpanzích (Paniskový chléb) a makaků rhesus (Macaca mulatta). Takové testy odhalily, že lidské a šimpanzí cytochrom c oxidázy byly identické..
Rovněž se ukázalo, že molekuly cytochrom c oxidázy makaka rhesusového se lišily o jednu aminokyselinu od aminokyselin prvních dvou, což následně potvrdilo vztahy mezi předky a potomky mezi šimpanzi a lidmi..
Zatím žádné komentáře